Анализ сложных смесей радионуклидов жс методом

Даже сравнительно простые ЖС приборы позволяли надежно определять концентрации радионуклидов, присутствовавших в бинарной смеси («двойная метка»), например, методом SCR и др., если максимальные энергии -частиц в их спектрах существенно различались. По мере совершенствования аппаратуры появилась возможность увеличивать количество "окон" для анализа спектров смесей радионуклидов. Вообще говоря, "окон" может быть столько, сколько каналов имеет амплитудный анализатор прибора. В современных ЖС приборах, как правило, амплитудные анализаторы имеют тысячи канала, так что обработка получаемого в результате одного измерения массива данных непроста. В 1988 г. был разработан один из наиболее перспективных методов ЖС анализа сложных смесей - метод оцифровки перекрытия спектров - DOT (Digital Overlay Technique).

Вместо кривых гашения в методе DOT в памяти прибора хранятся поверхности эффективности как функции химического и цветового гашения. Для каждого представляющего интерес радионуклида хранятся нормализованные спектры стандартов как функции гашения. Любые отдельно взятые данные по гашению могут быть скомбинированы при анализе многокомпонентных смесей. Отпадает необходимость в предварительных калибровках для единичных радионуклидов или их пар.

Предприятие-изготовитель встраивает библиотеку на 6 радионуклидов с 6-8 стандартами для каждого: например, ³H, ¹²⁵I, ¹⁴C, ⁴⁵Ca и ³²P. Отдельные библиотеки создаются для стеклянных и пластиковых флаконов, для сцинтилляторов на основе ксилола или др. растворителей. Нажатием одной кнопки система запускается для решения задачи идентификации радионуклидов. Библиотека может быть перестроена под любой другой тип препаратов, содержащих эти радионуклиды. В библиотеку могут быть введены и др. радионуклиды с использованием до 10 стандартов для каждого набора гасителей. Метод позволяет надежно разрешать до трех чистых -излучателей, присутствующих в смеси.

Иллюстрацией возможностей метода DOT является, например, тот факт, что он позволяет достоверно различать даже смеси таких радионуклидов, как ¹⁴С (Е_{-макс.}= 155 КэВ) и ³⁵S (Е_{-макс.}= 167 КэВ), для которых разница максимальных энергий -спектров составляет всего 12 КэВ.

Задача анализа сложных смесей радионуклидов может быть несколько облегчена использованием некоторых индивидуальных особенностей схем распада радионуклидов. Например, присутствующие в смеси - -излучатели могут быть легко идентифицированы путем предварительных -спектрометрических измерений.

Наконец, при одновременном амплитудном анализе и анализе по форме импульсов могут быть построены 3-х мерные спектры, на которых - и - излучатели группируются по разные стороны линии, разделяющей области - и - излучателей, а положение геометрических мест точек в каждой из областей характеризует амплитудные распределения, свойственные присутствующим в системе излучателям. Например, на рис. 7 представлена подобная диаграмма для радия-226 с короткоживущими продуктами распада.

Измерение черенковского излучения.

Современная ЖС аппаратура регистрирует весьма слабые световые импульсы и может быть использована для измерения радиоактивности высокоэнергетических -излучателей по черенковскому излучению.

амплитуда импульса

Рис. 7. 3-х мерный спектр радия-226 и продуктов его распада.

Известно, что в прозрачной диэлектрической среде с коэффициентом преломления n (n всегда больше единицы) свет распространяется со скоростью с', меньшей, чем скорость света в вакууме с: c' = c/n < c. Скорость -частиц в такой среде может оказаться выше, чем скорость света в той же среде. В этих случаях (при движении высокоэнергетических -частиц в прозрачных средах со скоростями, превышающими скорость распространения света в данной среде с') и возникает излучение Черенкова. Требование v > c' эквивалентно v/c >c'/c = 1/n. Для воды n = 1,33, соответственно 1/n = 1/1,33 = 0,75 и для электронов, движущихся в воде, условие v/c > 0,75 выполняется при энергиях выше 0,267 МэВ. Интенсивность черенковского излучения быстро возрастает с ростом энергии -частиц.

Важное преимущество измерений радиоактивности по черенковскому излучению состоит в том, что можно отказаться от использования ЖС смесей, в состав которых входят токсичные и горючие компоненты, некоторые из которых к тому же достаточно дороги. Для измерения радиоактивности по черенковскому излучению препарат растворяют в какой-либо бесцветной жидкости (в воде или органическом растворителе).

Другое преимущество измерения высокоэнергетических -излучателей по черенковскому излучению - почти полное отсутствие химического гашения, т.к. описанные выше процессы передачи энергии, характерные для ЖС систем, не реализуются, например, в водных растворах радионуклидов, регистрируемых по черенковскому излучению.

Фон при измерениях радиоактивности по черенковскому излучению обычно существенно ниже, чем при ЖС измерениях.

В случае измерения радиоактивности по черенковскому излучению практически отпадает очень важный для ЖС систем вопрос о смешиваемости, например, водных проб с органической сцинтилляционной смесью, особенно при рН водных проб, отличных от нейтральных. В случае измерений по черенковскому излучению важно лишь учитывать, что при тех или иных изменениях в составе препарата может измениться показатель преломления и, следовательно, эффективность регистрации исследуемого радионуклида.

Эффективность регистрации по черенковскому излучению зависит от значения максимальной энергии -частиц и от формы спектра, т.е. от того, какая доля -частиц, испускаемых ядрами данного -излучателя, приходится на тот или иной участок энергетической шкалы. В качестве примера укажем, что для ⁹⁰Sr (Е_{-макс.} = 0,54 МэВ) эффективность регистрации по черенковскому излучению составляет 1,5-3%, для ⁴⁰К (Е_{-макс.} = 1,33 МэВ) 22-25%, для ³²Р (Е_{-макс.} = 1,7 МэВ) она достигает 50%, а для ⁹⁰Y (Е_{-макс.} = 2,27 МэВ) - 70%. Однако даже для самых высокоэнергетических -излучателей эффективность регистрации по черенковскому излучению не может достигать 100%, т.к. для любого -излучателя значительная часть -спектра приходится на частицы с энергиями ниже порога возбуждения черенковского излучения и на частицы, энергии которых лишь незначительно превышают этот порог и регистрируются с низкой эффективностью.

Использование сместителей спектра существенно повышает эффективность регистрации черенковского излучения.

Радиоактивность препаратов по черенковскому излучению измеряют без внешней стандартизации, т.к. применяемые обычно способы определения гашения предназначены для ЖС смесей, а эффективность регистрации используемых для этого встроенных препаратов по черенковскому излучению обычно невелика и, соответственно, погрешности в определении параметра гашения становятся весьма значительными. В случае необходимости для учета гашения прибегают к методу внутренней стандартизации или используют метод SCR.